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1、精品 毕业论文 毕业设计生态学 山西霍山油松辽东栎混交林种面积关系的研究山西师范大学本科毕业论文（设计）山西霍山油松-辽东栎混交林种-面积关系的研究姓 名 院 系专 业班 级学 号指导教师答辩日期成 绩山西霍山油松-辽东栎混交林种-面积关系的研究内容摘要 采用2条非饱和曲线方程和3条饱和曲线方程对山西霍山油松-辽东栎群落的种-面积关系进行拟合，计算研究精度要求分别为60%，70%，80%，90%时群落的最小取样面积，并进行分析比较。结果表明:1)对于霍山油松-辽东栎群落，曲线方程不适合其种-面积关系的拟合，非饱和曲线方程和饱和曲线方程的拟合效果最佳。2）对于霍山油松-辽东栎群落，样方分别设置为

2、14m14m,16m16m,19m19m，即样地大小分别为196m,256m，361m,能够分别满足比例因子为0.6,0.7,0.8的中等精度研究要求；样方设置为23m23m，即样地大小为529m能够满足比例因子为0.9的高精度研究要求。在野外调查时应根据群落的生境特征及研究的精度要求合理设置最小取样面积。【关键词】霍山 油松-辽东栎群落 种-面积曲线 最小面积 Fitting of Species-Area Relationship and Determination of Minimum Sampling Area for PINE-Liaodong oak Communities in

3、Huoshan MountainAbstractThe minimum sampling area for PINE-Liaodong oak community in Huoshan mountain were determined at the study accuracy level 60%,70%,80%,and 90% by fitting species-area relationship using 2 non-saturation and 3 saturation curve equations, and the results were analyzed and compar

4、ed. Results show that: 1) to the PINE-Liaodong oak community in the study region, equationcan not be used to determine the minimum sampling area ,and the species-area obtained via equation and are better than the others obtained via other four equations.2) to the PINE Liaodong oak plant community in

5、 the study region, the quadrates were set to 14m 14m, 16m 16m, 19m 19m, that is, samples were 196m,256m,361mcan meet the 60% -80% accuracy requirements; the quadrate is set to 23m 23m, that is, sample is 529m can meet the 90% of the study accuracy requirements. The minimum sampling area in the field

6、 investigation should be based on habitat characteristics of the community and the accuracy of the study requirements.【key words】Huoshan mountain species-area curve minimum sampling area PINE-Liaodong oak community 目录引言 1一、 研究区概况 1二、 研究方法 1（一）样地设置与取样调查 11、样地设置 12、野外取样方法 2（二）确定最小面积的方法 2三、 结果与分析 3(一)

7、植物群落种-面积曲线的拟合 3(二) 群落最小面积 5(三) 群落最小面积与海拔的关系 6四、 结论与讨论 7参考文献 8致谢 10 山西霍山油松-辽东栎混交林种-面积关系的研究 学生姓名: 指导老师： 引言植物群落中物种数目随样地面积的增加而增加，这甚至已经成为“植物群落生态学的定律之一”（Worthen 1996）1,24。早在1855年学者Candolle2已经在研究中意识到了这一点，随后国外的许多学者对植物群落的种-面积关系进行了研究。例如Hopkins251955年在生态学杂志上发表的植物群落的种-面积关系；Kilburn27,291963年在科学杂志上发表的种-面积关系的潜在价值以

8、及1966年在生态学杂志上发表的种-面积关系的分析；Kalantar261987年在数理学杂志上发表的利用双曲线模型对物种丰富度的分析等等。近年来，国内的众多学者也对此进行了比较详细的阐述1,2。比如刘灿然7等（1999）应用和比较了10个种-面积曲线的模型，对北京东灵山小龙门的各群落进行了种-面积关系的研究；邓红兵15等对宜昌县梅子亚马尾松-栎类天然混交林最小面积的研究等等。 种-面积曲线可被用来描述植物群落的种-面积关系，其用途之一是来确定群落的最小面积，即确定最小能够表现群落全部特点的面积1。目前至少有11种常用函数模型被学者用来研究种-面积关系1,7。从不同的函数中选择最合适的来进行群

9、落最小面积的确定非常重要。故在研究中可以选择几个类型的函数进行拟合，并比较结果，来选择最优模型1。本文选择油松-辽东栎混交林进行调查研究，用种-面积曲线的方法对霍山兴唐寺林场的油松-辽东栎混交林进行研究，探索群落最小面积的问题，这对阐明霍山油松-辽东栎群落特征的问题具有重要意义，同时能够为人们更好地调查研究油松-辽东栎混交林群落提供参考。一、 研究区概况 霍山位于今天临汾地区霍州市、洪洞县和古县三市县交界位置，处于整个太岳山脉的南端。地理坐标位于北纬36203705，东经11140112409,10。霍山年平均气温9.2-12.3，7月份平均气温26.127.1，一月份平均气温-3.4-4.6

10、,10的年积温为24503750，无霜期125-160d,平均年降水440-540mm，多雨的年份时可以达到780-1000mm，少雨年为360-410mm9,10。年相对湿度为64%，年太阳辐射总量524-545kj/cm，年日照时数2430-2610h9,10。霍山因其优异的气候条件以及土壤环境，自然资源较为丰富，而且种类繁多，其中油松、辽东栎广泛分布。二、 研究方法（一） 样地设置与取样调查1. 样地设置 在霍山兴唐寺林场，分别从海拔1450m，1600m,1750m选择了三个样地进行样方的设置，每个样地选取了4个最具有代表性且能较好反映油松-辽东栎植物群落特征的样方进行调查，每个样方的

11、面积大小为40m40m。调查时记录了每个样方所在地的海拔、坡度、坡向等环境因子以及主要的物种名称。其主要表征见表1。表1 霍山兴唐寺三个样地的生境特征和物种组成表 Habit and community charateristcs of three sampling site on Huoshan样地 生境特征 群落特征海拔（m）坡向坡度 物种组成 1450EN4728油松，辽东栎，杨树，鹅耳枥，绣线菊，野山楂，黄刺枚，五角枫，美蔷薇，榛子，照山白，红敏白鹃梅，拉拉藤，六道木，蛇莓，车前，蒲公英，委陵菜，狗尾巴草，荫生鼠尾草，猪殃殃，羊胡子草，野棉花，石竹，仙鹤草，地榆，铁杆蒿，华北矮斗菜，玉

12、竹，沙参，黄精，鸢尾，知风草，野芝麻，牡蒿，问荆，藿香等 1600NW7812辽东栎，油松，小叶杨，虎榛子，青榨槭，茶条槭，华北落叶松，连翘，红柄白鹃梅，鹅耳枥，北京花楸，荚蒾，穿山龙，绣线菊，金花忍冬，美丽胡枝子，黄刺玫，丁香，羊胡子草，升麻，野棉花，三枝九叶草，唐松草，水晶凤，羊须草，党参，类叶升麻，穿山薯蓣，费菜，心叶堇菜，野芝麻，兔儿伞，车前，针毛，仙鹤草等 1750NW27535辽东栎，油松，小叶杨，白桦，红桦，毛榛子，绣线菊，铁线莲，野山楂，美蔷薇，栓翅卫矛，羊胡子草，草芍药，地榆，披碱草，佩兰，仙鹤草，早熟禾，问荆，黄精，鸡腿堇菜，猪笼草，耧斗菜，铃兰，玉竹，黄海棠，飞廉，兔儿伞

13、，东北矮斗菜，针芒，紫苏，野流草等2. 野外取样方法45 312E D CBAE16E15E14E13E9E10E11E12E8E7E6E5E1E2E3E4 (1,a) (1,b) (1,c) 图1 样地设置以及巢氏样方合并扩大示意图 野外调查采用相邻格子样方法（图1，a）,在所选择的每个样地内设置样方4 个,每个样方面积为40m40m,将其再划分为16 个10m10m 的小样方,其中每个样方的第1、4、13、16小样方再分别划分为A(2m2m)、B(4m4m)、C(6m6m)、D(8m8m )和E(10m10m) 的更小一级的样方（图1，b）. 最后按巢式法（图1，c）将10m10m的小样方

14、合并为200m、400m、800m、1600m的样方. 整个样方构成了最小4m,最大1600m的9个面积梯度.分别记录了每个面积梯度样方中油松-辽东栎天然混交林中出现的植物物种的种数。 （二） 确定最小面积的方法本次研究采用种-面积曲线的方法来确定霍山油松-辽东栎植物群落的最小面积。种-面积关系的曲线模型分属于两类，即非饱和模型和饱和模型1。研究选择2条非饱和曲线模型和3条饱和曲线模型来进行种-面积关系的拟合。 (1) (2) (3) （4） (5) (1)，（2）为非饱和曲线。（3），（4），（5）为饱和曲线。式中A为群落面积，S为A中出现的物种数目，a,b,c都是模型中的参数，即适当的常数

15、1。因饱和曲线模型在求解群落最小面积时不需要知道群落的总物种数目2，故本文采用3条饱和曲线来计算要求在不同精度（01）的物种数。对应的最小曲线面积为 （6） （7） (8)方程的拟合用统计软件SPSS 17.0完成，不同比例因子下油松-辽东栎植物群落的最小面积的计算以及作图用EXCEL进行处理。三、 结果与分析(一) 植物群落种-面积曲线的拟合 霍山兴唐寺林场不同样地的油松-辽东栎植物群落的物种数与其相对应的取样面积关系如下表2。研究表明，霍山兴唐寺林场油松辽东栎混交林群落中的物种数目随着取样面积的增大而增加。随着面积由4m增加至1600m，样地的物种数目由8增加至39；样地的物种数目由7增加

16、至47；样地的物种数目由7增加至35。样地，最大的面积样方中的植物物种数目S的平均值分别为39,47,35。样地群落物种数在面积由200m扩大至400m时增幅最大；样地群落物种数在面积由400m扩大至800m时增幅最大；样地群落物种数在面积由200m扩大至800m时增幅最大。可见对霍山的油松-辽东栎群落而言，样方大小设置为100m或200m是不恰当的，调查的物种数目会严重偏小。同时可以看出，在40m40m的样方大小下，海拔高度为1600m的样地的物种数较其他两个样地丰富。由种-面积曲线可以看出（图 2），用来描述三个不同样地的曲线增长的总趋势是相同的。在取样面积1000m时，油松-辽东栎群落的

17、物种数目随着取样面积的不断增大而逐渐增加，但增长的速度是在逐渐减慢的。在取样面积1000m时，曲线逐渐变得平缓，油松-辽东栎植物群落的物种数随取样面积的增大几乎不再增加。比较三条种-面积曲线发现，海拔高度为1600m的样地的物种数在取样面积开始扩大时增速最快，海拔高度为1750m的样地的物种数开始阶段增速最慢。表2 霍山兴唐寺林场不同样地中的物种数Table 2 Numbers of plant species in sampling sites different in area on Huoshan样地 面积（m2） 物种数 均值 标准差 样地 面积（m2） 物种数 均值 标准差 Site

18、 area NO1 NO2 NO3 NO4 AV SD Site area NO1 NO2 NO3 NO4 AV SD 4 10 9 6 8 8 1.7 4 8 6 7 7 7 0.8 16 11 10 8 9 10 1.3 16 10 12 13 12 12 1.3 36 13 12 14 12 13 1.0 36 15 15 17 16 16 0.9 64 16 15 17 17 16 1.0 64 24 21 22 21 22 1.4 100 19 21 20 23 21 1.7 100 27 24 26 24 25 1.5 200 24 27 25 24 24 1.4 200 32 3

19、2 33 30 32 1.3 400 31 33 34 31 32 1.5 400 37 36 36 38 37 1.0 800 37 37 35 38 37 1.3 800 46 43 45 44 45 1.3 1600 39 38 39 39 39 0.5 1600 48 46 47 47 47 0.8 4 5 9 8 5 7 2.0 16 9 12 9 8 10 1.7 36 10 13 15 9 12 2.8 64 13 14 16 17 15 1.8 100 15 16 18 19 17 1.8 200 22 20 19 22 21 1.5 400 30 25 24 29 27 3.

20、0 800 35 32 36 30 33 2.8 1600 36 35 36 34 35 1.0 依据表2中的数据对油松-辽东栎群落作面积物种曲线图如下图2 霍山兴唐寺林场油松-辽东栎植物群落不同海拔的种-面积曲线依据表2中的数据以及研究所需的曲线方程，对霍山油松-辽东栎群落进行种-面积关系拟合获得的各参数及相关系数如表3由表3可知不同曲线方程对同一样地的油松-辽东栎群落种-面积关系的拟合效果是不同的，同一条曲线方程对不同样地群落的种-面积关系的拟合也是不同的。例如对样地的拟合，5条曲线拟合后的相关系数r分别为0.957,0.990,0.932,0.000,0.992。同样曲线（3）对三个不同

21、样地的群落拟合后的相关系数r分别为0.932,0.958,0.896。曲线方程（4）不适合对霍山兴唐寺林场油松-辽东栎群落的种-面积关系的拟合。曲线方程（3）在对样地的群落的种-面积关系拟合中，相关系数只有0.896，达不到要求的0.9以上，不适合对样地的群落进行拟合，但对样地和样地油松-辽东栎群落的拟合效果良好。对三个样地种-面积关系拟合最好的曲线方程分别是非饱和曲线方程（2）和饱和曲线方程（5）。在对霍山兴唐寺林场不同海拔的样地，的油松-辽东栎群落进行拟合中,曲线方程(2)的相关系数分别达到了0.990,0.989,0.999；曲线方程(5)的相关系数分别达到了0.992,0.977,0.

22、989。表 3 5条种-面积曲线对油松-辽东栎群落的拟合结果Table 3 The fitting parameters of five species area curves to the communities样地 曲线 方程参数 相关系数 ra b c (1) (2) (3) (4) (5) 7.238 -5.638 4.791 0.307 0.482 0.012 -10.767 109.821 22.333 29.847 0.004 38.340 0.957 0.990 0.932 0.000 0.992 (1) (2) (3) (4) (5) 7.615 -7.919 5.869 0

23、.305 0.639 0.014 42.024 253.112 27.000 36.017 0.005 45.222 0.973 0.989 0.958 0.000 0.977 (1) (2) (3) (4) (5) 5.265 -4.777 4.199 0.308 0.421 0.012 -4.950 133.913 19.667 26.634 0.003 35.248 0.932 0.999 0.896 0.000 0.989 (二) 群落最小面积 将比例因子分别取为0.6,0.7,0.8,0.9，采用曲线方程（6），（7），（8）分别计算霍山兴唐寺林场三个不同海拔高度样地的油松-辽东栎植

24、物群落在不同比例因子下的最小面积如表4 曲线方程（7）因其对应的曲线方程（4）不适合对霍山油松-辽东栎植物群落种-面积关系的拟合，故不能用其进行最小面积的求解。而曲线方程（6）对应的曲线方程（3）在对样地油松-辽东栎植物群落种-面积关系的拟合中系数未达到0.9，故不适合对样地的油松-辽东栎群落进行最小面积进行求解。表4的结果表明:1)曲线方程（6）和曲线方程（8）对同一样地最小取样面积计算中所获得的结果存在较明显差别。对于样地而言：当比例因子取0.6,0.7,0,8时，曲线方程（6）所求得的最小面积分别为125m,194m,333m,而曲线方程（8）所求的的最小面积分别为167m,238m,3

25、39m。当比例因子取0.9时，曲线方程（6）计算的最小面积为750m，曲线方程（8）计算的最小面积为513m。对于样地而言：当比例因子取0.6,0.7,0.8时，曲线方程（6）所求得的最小面积分别为107m,167m,286m，而曲线方程（8）所求得的最小面积分别为172m,244m,246m。当比例因子取0.9时，曲线方程（6）计算的最小面积为613m，曲线方程（8）计算的最小面积为519m。可见，不能用曲线（6）和曲线（8）所求最小面积的均值作为样地和样地的最小面积。由表3可知方程（5）的拟合效果明显好于方程（3），故利用方程（5）所对应的曲线方程（8）来求解得到的最小面积较为科学、合理。

26、2）曲线方程（8）对样地和样地的群落所求得的最小面积较为一致，而对样地的最小面积求解偏大。当比例因子为0.6时，样地和的最小面积分别为167m，172m；样地的最小面积为212m。当比例因子为0.7时，样地和的最小面积分别为238m，244m；样地的最小面积为308m。当比例因子为0.8时，样地和样地的最小面积分别为339m，346m；样地的最小面积为443m。当比例因子为0.9时，样地和的最小面积分别为513m，519m；样地的最小面积为674m。表 4 霍山兴唐寺林场三个样地植物群落不同研究精度下的最小面积Table 4 Minimum species area of three diff

27、erent sites at different study Accuracy level in Huoshan样地 比例因子 Site 0.6 0.7 0.8 0.9 最小面积 Minimum species area（m2) 方程（6） 方程（7） 方程（8） 均值 标准差 125 - 167 146 30194 - 238 216 31333 - 339 336 4750 - 513 632 168 0.6 0.7 0.8 0.9107 - 172 140 46167 - 244 206 54286 - 346 316 42613 - 519 566 66 0.6 0.7 0.8 0.9

28、 - - 212 212 0 - - 308 308 0 - - 443 443 0 - - 674 674 0(三) 群落最小面积与海拔的关系图 3 山西霍山兴唐寺林场不同海拔高度对油松-辽东栎植物群落最小面积的影响油松-辽东栎群落的最小面积随着研究精度的提高呈现出阶梯式的增加，而且研究要求的精度越高，两精度之间最小面积的差异越大，且这种差异与海拔不存在明显联系（图 3）。样地、在研究精度为0.7和0.6时最小面积的差分别为为71m，72m，96m；研究精度为0.8和0.7时最小面积的差分别为101m，102m，135m；精度为0.9和0.8时最小面积差分别为174m，173m，231m。三

29、个不同样地所求得的最小面积与海拔高度没有明显的关联（图3）。随着海拔的升高，三个不同海拔高度样地的最小面积没有呈现出递增或递减的关系。海拔高度为1450m的样地和海拔高度为1600m的样地的最小面积几乎相同，海拔1750m的样地最小面积较前两者大。四、 结论与讨论本文采用两条非饱和曲线, 和三条饱和曲线，,对山西霍山兴唐寺林场不同海拔的油松-辽东栎植物群落进行种面积关系的拟合。研究发现，曲线方程不适合用来对霍山油松-辽东栎植物群落的研究。其他曲线除在对样地进行拟合时相关系数0.9外均能用来对霍山油松-辽东栎群落最小面积的研究。其中种-面积关系拟合效果最好的是非饱和曲线和饱和曲线。研究表明，对于样地和样地而言，当比例因子取0.6,0.7,0.8时，最小取样面积取为196m，256m，361m，即样方设计为14m14m，16m16m，19m19m，可以满足覆盖60%-80%物种数的中等研究精度。当比例因子取0.9时，最小面积取为529m，即样方设计为23m23m，可以满足覆盖90%物种数的高研究精度。对于样地而言，当比例因子取0.6,0.7,0.8时，最小面就取225m，324m，484m，即样方设为15m15m,18m18m,22m22m，可以满足覆盖60%-80%物种数的中等研究精度